在互聯網領域，客戶端和服務端之間通常需要建立和保持TCP長連接。所謂長連接，就是通信雙方在建立TCP連接后進行數據通信，一次或若干次通信交互完成之后，不主動斷開連接，而是保持TCP連接不釋放，在隨時需要通信的時候，不再需要重新建立連接。長連接可以提高通信速度、確保實時性、避免短時間內重復連接所造成的網絡資源浪費，例如：即時通信，物聯網等應用場景。對于服務器來說，接入和保持海量的客戶端長連接，需要付出大量的服務器資源（網絡、內存、CPU、文件句柄等）。由于很多客觀原因（例如網絡環境、客戶端本身出現故障等），雙方會建立一些無效的連接，既沒有有效的數據通信，又不會主動關閉，稱之為“死”連接。為了提高服務器資源的利用率，需要將“死”連接主動關閉釋放資源，這就是心跳保活機制。所謂心跳保活，就是在通信過程中，通信雙方定期給對方發送心跳包（一種特殊的數據報文），表示發送方還存活著。服務器收到客戶端定期發送的心跳包之后，就認為客戶端還活著，反之，如果超過規定時間內沒有收到心跳包，則認為客戶端已“死”，需要將TCP連接關閉。因此，服務端需要管理所有客戶端連接會話，記錄所有會話的超時時間，定期把超時的會話連接進行清除。
如何定期把超時的會話清除，如何將有數據通信的活躍連接的會話進行保持？
一種簡單和常用的實現方法是在每次客戶端連接建立的時候，就設置一個定時器和該TCP連接關聯，該定時器在指定超時時間到達之后會關閉該關聯的TCP連接。如果在該定時器超時時間到達之前，關聯的TCP連接鏈路有數據通信，則重置定時器的超時時間。這種方法可以非常精確設置每一個TCP連接保活的超時時間。但是當客戶端接入數量達到海量的時候，該方法會產生大量的定時器任務，對于每一次客戶端連接，都要產生一個對應的定時任務，定時任務的數量等于客戶端連接數，定時任務的維護將耗費比較多的計算資源。
那么，在海量的場景，我們真的需要非常精確的超時保活嗎？當然實際場景對于超時，我們不需要那么精確。因此，有一種更加高效的處理會話保活的算法，叫做時間分桶算法，這種算法可以極大減少了定時任務的數量，只使用一個定時線程就可以處理，極大降低海量連接情況下的計算資源的占用。
時間分桶算法，采用批量處理和近似超時的思想，提升對于客戶端超時判斷的執行效率。服務器有兩類線程，第一類線程是IO處理線程，處理客戶端連接后的IO事件，例如連接建立、報文讀取、連接關閉等事件；第二類線程是會話清理線程，定期清除超時時間桶中的批量超時會話。具體兩種線程的執行過程如下：
第一類IO線程的處理邏輯：
1. 首先，將連續的時間按照固定間隔DT切割成片段，每一個片段就是一個時間桶。建立從任意時刻t到時間桶的映射關系B(t)，如圖1所示，B(t1)->B0, B(t2)->B1。
圖1
2. 連接初始化：當客戶端C新建連接的時候，計算出超時的時刻t’=t+DT(假設連接超時時間為DT)，計算出B(t’)=B1，因此將連接C1的會話句柄保存在編號為B1的時間桶中，如下圖所示：
圖2
3. 連接保活：當收到客戶端C的數據報文的時候，刷新客戶端新的超時時刻t’<-now+DT，如果得到的時間桶比C原來所在的時間桶更新，即：B(t’)>B(t)，則將會話C轉移到B(t’)的時間桶中去。如下圖所示：
圖3
4. 連接刪除：服務端探測到客戶端C的連接發生關閉事件之后，直接從C所在時間桶B(t)中刪除該會話。
第二類清理線程的處理邏輯：
1. 初始化：t為當前系統毫秒時間，to為離當前時間最近一個時間桶的超時時刻（時間桶的上界即為時間桶的整體超時時刻）to=UP(B(t))。
2. 更新系統當前時刻t<-now()。
3. 如果t<to（t所在的時間桶還未到超時時刻），則線程睡眠(to-t)毫秒，并且跳轉到步驟2；
4. 否則（t所在時間桶已經到超時時刻），將B(t)中的所有會話批量刪除和關閉連接。超時的時間桶中沒有被轉移走的會話全是超時的。
5. 更新離當前時間最近一個時間桶的的超時時刻to<-to+DT，并跳轉到步驟2。
如下圖所示，隨著時間流逝，當前時刻達到B2的上界UP(B2)時，由于客戶端C1、C7、C8沒有及時轉移，則清理線程會將C1、C7、C8全部清除掉。
圖4
在JAVA開源領域，著名的zookeeper就是使用該算法進行海量連接心跳保活，大家感興趣可以去閱讀一下zookeeper源碼。
